JP2023172718A - 光学フィルタ、およびそれを有する光学素子、および光学系、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、作製が容易な構成でありながら、透過率の異なる領域に対して優れた反射防止性能を有する、ゴーストやフレア等の少ない光学フィルタを実現することである。【解決手段】 本発明は、連続的に透過率が変化する領域を有する光学フィルタであって、前記光学フィルタは、第１の透明材料と第２の透明材料の間に、前記第１の透明材料から順に第１の反射防止層、吸収層、第２の反射防止層の順に構成され、前記第１の透明材料の屈折率をＮｓ、前記第２の透明材料の屈折率をＮｇとしたとき、１＜Ｎｇ＜Ｎｓ を満たし、前記第１の反射防止膜の層数をＬ１、前記第２の反射防止膜の層数をＬ２としたとき、Ｌ１≧Ｌ２ を満たすことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は光学フィルタ、およびそれを有する光学素子、および光学系、撮像装置に関するものであり、特にグラデーション型のＮＤフィルタに関するものである。

撮像装置内の光学フィルタとして透過率を制限するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが用いられる場合がある。特に、画像の明るさを任意に制御したり、焦点外れ像（ボケ像）の輪郭の先鋭度のばらつき（による画像の品位の低下）を改善する目的で、光学面内の領域に応じて徐々に透過率の異なるグラデーション型のＮＤフィルタが用いられる。

特許文献１では、領域ごとに積層膜の膜厚を適切に制御することにより、透過率と反射率を制御したグラデーション型のＮＤフィルタの例が開示されている。また、特許文献２では、反射防止構造体を用いて反射率を低減させたＮＤフィルタが開示されている。

特開２００７－１７８８２２号公報 特許第５０６７１３３号明細書 李正中著, 株式会社アルバック訳, "光学薄膜と成膜技術"

特許文献１の方法では、光学濃度が０．１から１の範囲において可視光領域の反射率を５％以下にまで低減しているが、ゴーストやフレアのない高品位な画像を得るためには、さらに反射率を低減する必要がある。特許文献２の方法では、ＮＤフィルタの反射率を１％以下に低減しているが、グラデーション型のＮＤフィルタに対しての構成および反射防止効果は開示されていない。また、一般に、反射防止構造体は作製が容易ではなく、反射防止構造体が壊れてしまうため触れることができない。

また、不要光を吸収するタイプのＮＤフィルタの場合、その反射率は表面側から入射する場合と基板側から入射する場合とで反射率が異なるが、特許文献１または２では、基板側入射光に対する反射率については何ら言及されていない。

本発明は、作製が容易な構成でありながら、透過率の異なる領域に対して優れた反射防止性能を有する、ゴーストやフレア等の少ない光学フィルタを実現することを課題とする。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、連続的に透過率が変化する領域を有する光学フィルタであって、前記光学フィルタは、第１の透明材料と第２の透明材料の間に前記第１の透明材料から順に第１の反射防止層、吸収層、第２の反射防止層の順に構成され、前記第１の透明材料の屈折率をＮｓ、前記第２の透明材料の屈折率をＮｇとしたとき、１＜Ｎｇ＜Ｎｓ を満たし、前記第１の反射防止膜の層数をＬ１、前記第２の反射防止膜の層数をＬ２としたとき、Ｌ１≧Ｌ２を満たすことを特徴とする光学フィルタを提供することである。

本発明によれば、基板面内で透過率の異なる領域に対し、表面側および基板側から入射する光に対して高い反射防止効果を有する、作製が容易なグラデーション型のＮＤフィルタを提供することができる。

本発明の光学素子の一実施形態を示す断面模式図である。 本発明の光学素子の一実施形態のある位置における膜構成を示す断面模式図である。 本発明の光学素子の一実施形態における分光透過率、および分光反射率を示す図である。 （ａ）（ｂ）本発明の光学素子の一実施形態における等価アドミタンス軌道図である。 本発明の実施例１、２および５に使用する材料の屈折率を示す図である。 本発明の実施例１，２に使用する吸収材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。 本発明の実施例２の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 本発明の実施例３、４および６に使用する材料の屈折率を示す図である。 本発明の実施例３および４に使用する吸収材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。 本発明の実施例３の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 本発明の実施例４の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 本発明の実施例５および７に使用する吸収材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。 本発明の実施例５の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 本発明の実施例６に使用する吸収材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。 本発明の実施例６の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 本発明の実施例７に使用する材料の屈折率を示す図である。 本発明の実施例７の光学素子分光透過率、および分光反射率を示す図である。 透過率分布の一例を示す図である。 実施例７の撮影機器を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施形態である光学素子００１を示す概略図である。光学素子００１は、透明材料１と光学フィルタ１００、透明材料５を有する。

光学フィルタ１００は透明材料１側から順に、第１の反射防止層２、吸収層３、第２の反射防止層４を有しており、その上には透明材料５が存在する。

また、第１の反射防止層２と第２の反射防止層４はそれぞれ１層以上からなる薄膜で構成されている。各反射防止層は、屈折率の調整、反射防止帯域の拡大、入射角度依存性の低減、偏光依存性の低減を図るためにその層数を増やしても構わない。さらに、吸収層３においても１層以上の吸収を有する材料で構成されている。

図１（ｂ）は光学フィルタ１００の各領域における透過率分布を示す図である。本発明の光学フィルタ１００は吸収層３の膜厚により透過率が変化する構成となっており、吸収層３の膜厚が連続的に変化することによりグラデーション型のＮＤフィルタを実現している。

通常、図１のように吸収層の膜厚を変化させてグラデーション型のＮＤフィルタを得る場合、吸収層の膜厚変化に応じて反射率が大きく変化するため、全領域で反射率を低減することが困難である。しかし、本発明の光学フィルタ１００は、全領域において、透明材料５側から光を入射した場合、透明材料１側から入射した場合のどちらであっても反射率を低く抑えることができる。

図２は本発明の一実施例である光学フィルタ１００の、ある位置における膜構成の詳細を示した図である。説明の便宜上、吸収層３の膜厚を一定として示している。光学フィルタ１００を構成する、第１の反射防止層２は透明材料１側から順に、薄膜２１、２２で構成されている。また、吸収層３は薄膜３１から、第２の反射防止層４は、吸収層３側から順に、薄膜４１、４２、４３、４４で構成されている。一例として、第１の反射防止層を２層構成、吸収層を１層構成、第２の反射防止層を４層構成としたが、本発明においては、層数は１層以上であればよく、限定はしない。図３に上記一実施形態の光学濃度ＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が０、０．１、０．３、１、２の領域における４００ｎｍから８００ｎｍでの分光透過率、分光反射率を示す。以降、本発明の説明に出てくる分光透過率、分光反射率は垂直入射時の特性である。ここで、光学濃度ＯＤとは透過率Ｔ（０≦Ｔ≦１）を用いて次式で定義される値である。

光学濃度ＯＤ＝０の領域は、吸収層３の膜厚が０の領域であり、透明材料５側から入射した場合の反射率Ｒ_Ｓ５と、透明材料１側から入射した場合の反射率Ｒ_Ｓ１は同じ値となっている。一方、光学濃度ＯＤ≠０の吸収層３の膜厚が０でない領域では、透明材料５側から入射した場合の反射率Ｒ_Ｓ５と透明材料１側から入射した場合の反射率Ｒ_Ｓ１は異なる。これは吸収層３がある場合は、各界面におけるフレネル係数が入射方向により異なるためである。

図３に示すように、本発明の光学フィルタ１００は光学濃度、光の入射方向に依らず、可視光領域である４２０から６８０ｎｍまで、低い反射率を実現している。以下に、その理由についてアドミタンス軌道図を用いて説明する。アドミタンスとは、媒質中の磁場強度と電場強度の比で表される値で、自由空間のアドミタンスＹ０を単位とすると、媒質の屈折率は数値的にはアドミタンスと等値となる。以下、本明細書中では屈折率はアドミタンスと等値として扱う。また、アドミタンス軌道図とは、等価アドミタンスの概念を用いた膜特性を表現する図である。等価アドミタンスは、基板の上に薄膜を加えた系全体をそれと等価な特性を持つ１つの基板に置き換えた場合の等価基板のアドミタンスを指す。なお、等価アドミタンス、アドミタンス軌道図の詳細については上記、非特許文献を参照されたい。

図４は、縦軸に光学濃度ＯＤ＝０、０．１、１．０、横軸に可視領域の波長である４２０ｎｍ、５５０ｎｍ、６８０ｎｍのときの、本発明の一実施例である光学フィルタ１００のアドミタンス軌道図である。

（ａ）が透明材料５側から入射時の等価アドミタンスを、（ｂ）が透明材料１側から入射時の等価アドミタンスを示している。

まず、図４（ａ）の透明材料５側から入射時のアドミタンス軌道図を例に、図の見方を説明する。

図は横軸にアドミタンスηの実数部Ｒｅ（η）、縦軸にアドミタンスの虚数部Ｉｍ（η）をとっており、図中の□印は透明材料１のアドミタンス、○印は透明材料５のアドミタンス、×印は薄膜３１のアドミタンスを表している。ここで、透明材料１、および透明材料５に吸収はない。透明材料１の屈折率をｎＳ１とすると、透明材料１のアドミタンスηｓ１＝ ｎＳ１Ｙ０となるが、本明細書中ではアドミタンスにおいては自由空間のアドミタンスＹ０を単位としているため、数値的にはηｓ１とｎＳ１は等しくなる。一方、薄膜３１には吸収がある。吸収がある場合、複素屈折率はｎ－ｉκなり、その際のアドミタンスは、（ｎ－ｉκ）Ｙ０となる。ここで、κは消衰係数である。こちらの場合も、アドミタンスにおいて、自由空間のアドミタンスＹ０を単位とすると、数値的にはアドミタンスと複素屈折率は等しくなる。

一実施例である光学フィルタ１００は図２で示すように、透明材料１側から順に、第１の反射防止層２、吸収層３、第２の反射防止層４、透明材料Ｓ５で構成されている。さらに、図２で示したように、第１の反射防止層２は薄膜２１、２２から、吸収層３は薄膜３１から、第２の反射防止層４は薄膜４１、４２、４３、４４で構成されている。第１の反射防止層２は透明材料１と吸収層３の界面での反射を低減する機能を果たし、第２の反射防止層４は吸収層３と透明材料５の界面での反射を低減する機能を果たしている。

図４（ａ）においては、透明材料１から薄膜２１，２２，３１，４１，４２，４３、４４までの等価アドミタンス軌道を表す。この透明材料１から薄膜４４までの等価アドミタンスと透明材料５のアドミタンスによりフレネル係数、反射率が計算できる。透明材料１から薄膜４４までの等価アドミタンスが、透明材料５のアドミタンスと等しい場合は反射率が０となる。一方、図４（ｂ）においては、透明材料５から薄膜４４、４３，４２，４１，３１，２２，２１までの等価アドミタンス軌道を表す。この場合も、透明材料５から薄膜２１までの等価アドミタンスが透明材料１のアドミタンスに等しいときに反射率が０となる。

図４（ａ）、（ｂ）の１列目は、波長λ＝４２０ｎｍの場合、２列目は波長λ＝５５０ｎｍの場合、３列目は波長λ＝６８０ｎｍの場合の等価アドミタンスを示す。等価アドミタンスは、波長λの関数であるため、光学濃度ＯＤが同じであっても、使用波長が異なると変化する。

また、図４（ａ）、（ｂ）の１段目は、光学濃度ＯＤ＝０の場合、２段目は光学濃度ＯＤ＝０．１の場合、３段目は光学濃度１の場合の等価アドミタンスを示す。図４（ａ）の場合、それぞれの波長において、光学濃度が異なっても、透明材料１から薄膜２２までの光学アドミタンスの軌道は同じである。光学濃度ＯＤによって、吸収層３の膜厚が異なるため、吸収層３以降の等価アドミタンス軌道が変化する。これは、図４（ｂ）においても同様である。

図４の１段目であるＯＤ＝０は、吸収層３の膜厚が０の場合であり、吸収層３による等価アドミタンスの変化はない。図４の２段目はＯＤ＝０．１、３段目はＯＤ＝１．０であり、吸収層３の膜厚が増加していくため、アドミタンス軌道は図のように変化していく。吸収層３の膜厚が十分に厚いと、図４の３段目に示すように、透明材料５側から入射した場合、透明材料１から薄膜３１までの等価アドミタンスは、薄膜３１のアドミタンスである×印に近づいており、ほぼ薄膜３１のアドミタンスに等しくなるといえる。同様に、透明材料１側から入射した場合、透明材料５から吸収層３までの等価アドミタンスはほぼ薄膜３１のアドミタンスに等しくなるといえる。

以上のように、グラデーション型のＮＤフィルタの等価アドミタンスは、使用波長および光学濃度により変化するといえる。しかしながら、反射率を０に近づけるためには、波長や光学ＯＤにかかわりなく、透明材料１から薄膜４４までの等価アドミタンスは透明材料５のアドミタンスに、透明材料５から薄膜２１までの等価アドミタンスは透明材料１のアドミタンスに近づけなければならない。そのためには、光学フィルタ１００において、波長や光学ＯＤが変化しても等価アドミタンスの変化が少ないような膜構成にすればよい。

波長や光学ＯＤが変化しても等価アドミタンスの変化が少ない膜構成にするには、透明材料１から薄膜２２までの等価アドミタンス、および透明材料５から薄膜４１までの等価アドミタンスを、薄膜３１のアドミタンスに近づければよい。これにより、吸収層３の膜厚変化による等価アドミタンスの変化を小さくすることができる。

透明材料１の屈折率Ｎｓ、透明材料５の屈折率Ｎｇの関係は、
１＜Ｎｇ＜Ｎｓ （１）
を満たしている。また、吸収のある材料は、高屈折率材であるため、薄膜３１の複素屈折率 ｎ３１－ｉκ３１とすると、
１＜Ｎｇ＜Ｎｓ＜ｎ３１ （２）
を満たす。

アドミタンス軌道図上での、Ｎｇ、Ｎｓ、ｎ３１の位置関係から、Ｎｇからｎ３１の距離よりも、Ｎｓからｎ３１の距離の方が短いといえる。よって、透明材料１から薄膜２２までの等価アドミタンスの軌道を、透明材料５から薄膜４１までの等価アドミタンスの軌道よりも短くした方が、都合がよい。このようなアドミタンス軌道とするためには、透明材料１側の第１の反射防止膜の層数をＬ１、透明材料５側の第２の反射防止膜の層数をＬ２としたとき、
Ｌ１≧Ｌ２ （４）
を満たすことが好ましい。

さらに、
Ｎｓ－Ｎｇ ≦ ０．４５ （５）
を満たすことが望ましい。

さらに
Ｎｓ ＞ １．４０ かつ Ｎｇ ＞ １．４０ （６）
を満たすことが望ましい。

第１の反射防止層２と第２の反射防止層４の層数は２層以上である。層数が少ないと、反射防止効果が低くなるためである。

本発明の光学フィルタを作製するにあたり、透明材料１および透明材料５は、可視領域において透明な材料であればよい。このとき、透明材料１および透明材料５のどちらか一方は、ガラスおよびプラスチックなどの透明材料であり、もう一方は、接合レンズを形成する場合に使用する接着剤であってもよい。透明材料がガラス、プラスチックであった場合、面の形状は、平板であってもよいし、凸、凹レンズなどでもよく、曲面であっても良い。また、接着剤であった場合は、エポキシ系、ポリエンポリチオール系、アクリル系が望ましい。特に、ＵＶ硬化型であるポリエンポリチオール系の接着剤は、段階反応であることや、加工タクトが短いことから、さらに望ましい。

膜厚分布を有する吸収層３を形成する方法としては、蒸着やスパッタリングがある。蒸着やスパッタリングの際に任意の形状のマスクを用いることで、任意の透過率分布を有する吸収層３を形成することができる。その他、めっき法やスピンコート等のウェットプロセス法を用いてもよい。

吸収層３の材料は消衰係数ｋの条件を満たせば何でも良く、例えば、酸素欠損型のＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５が挙げられる。また、ＮＤフィルタの分光透過率の波長平坦性を得るために、使用波長帯域における消衰係数ｋの波長分散が正負異なる材料を組み合わせてもよい。

グラデーション型のＮＤフィルタの透過率分布については、様々な形状を用いることができる。例えば、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように同心円方向に透過率分布を形成してもよく、また、図１８（ｃ）、（ｄ）に示すように一方向に透過率が変化するような構成であってもよい。上記以外にも用途に応じて様々な透過率分布形状があるが、本発明の構成は任意の透過率分布形状に対して適用することができる。

以下に具体的な実施例を示す。ただし、これらは例に過ぎず、本発明の実施例はこれらの条件に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１の光学素子の概略構成図である。実施例１の光学素子は、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表１に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、透明材料１は、硝材Ｓ１、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。硝材Ｓ１および接着剤Ｓ５は吸収のない材料である。図５に硝材Ｓ１と接着剤Ｓ５の屈折率を示す。また、第１の反射防止層２は、薄膜２１、２２からなり、第２の反射防止層３は、薄膜４１、４２、４３、４４からなる。第１の反射防止層２は、膜材料Ｈ１、Ｍ１の２層構成膜であり、第２の反射防止層４は、膜材料Ｍ１と膜材料Ｈ１の交互層からなる４層構成膜である。膜材料Ｍ１およびＨ１も吸収のない材料である。膜材料Ｍ１および、膜材料Ｈ１の屈折率についても、図５に示す。さらに、吸収層３は薄膜３１の１層構成膜であり、薄膜３１は吸収材料Ａ１からなる。吸収材料Ａ１の屈折率、および消衰係数を図６に示す。

図３は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしており、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例２の光学素子の構成は、実施例１と同様である。実施例１と同様に、実施例２の光学素子は、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表２に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す 本実施例においては、実施例１と同様に、透明材料１は、硝材Ｓ１、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。また、第１の反射防止層２は、薄膜２１、２２からなり、第２の反射防止層３は、薄膜４１、４２、４３、４４からなる。第１の反射防止層２は、膜材料Ｈ１、Ｍ１の２層構成膜であり、第２の反射防止層４は、膜材料Ｈ１と膜材料Ｍ１の交互層からなる４層構成膜である。さらに、吸収層３においては、実施例１と同様に、薄膜３１の１層構成膜であり、薄膜３１は吸収材料Ａ１からなる。

図７は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしており、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例３の光学素子の構成は、実施例１と同様である。実施例３の光学素子は、実施例１および３の光学素子と同様に、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表３に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、透明材料１は、硝材Ｓ２、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。硝材Ｓ２および接着剤Ｓ５は吸収のない材料である。図８に硝材Ｓ２、および接着剤Ｓ５の屈折率を示す。

また、第１の反射防止層２は、薄膜２１からなり、第２の反射防止層３は、薄膜４１、４２、４３、４４からなる。第１の反射防止層２は、膜材料Ｈ２の１層構成膜であり、第２の反射防止層４は、膜材料Ｈ２と膜材料Ｍ２の交互層からなる４層構成膜である。

膜材料Ｍ２およびＨ２も吸収のない材料である。膜材料Ｍ２および、膜材料Ｈ２の屈折率についても、図８に示す。さらに、吸収層３は薄膜３１の１層構成膜であり、薄膜３１は吸収材料Ａ２からなる。吸収材料Ａ２の屈折率、および消衰係数を図９に示す。

図１０は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしており、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例４の光学素子の構成は、実施例１と同様である。

実施例４の光学素子は、実施例１から３の光学素子と同様に、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表４に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、実施例３と同様に、透明材料１は硝材Ｓ２、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。また、第１の反射防止層２は、薄膜２１、２２からなり、第２の反射防止層４は、薄膜４１、４２、４３、４４からなる。第１の反射防止層２は、膜材料Ｈ２、Ｍ２の２層構成膜であり、第２の反射防止層４は、膜材料Ｈ２と膜材料Ｍ２の交互層からなる４層構成膜である。それぞれの屈折率を図８に示す。硝材Ｓ２および接着剤Ｓ５、膜材料Ｍ２およびＨ２も吸収のない材料である。さらに、吸収層３は薄膜３１の１層構成膜であり、薄膜３１は吸収材料Ａ２からなる。吸収材料Ａ２の屈折率、および消衰係数を図９に示す。

図１１は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしており、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例５の光学素子の構成は、実施例１と同様である。

実施例５の光学素子は、実施例１から４の光学素子と同様に、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表５に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、透明材料１は、硝材Ｓ１、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。また、第１の反射防止層２は、薄膜２１、２２、２３からなり、第２の反射防止層４は、薄膜４１、４２、４３、４４、４５からなる。第１の反射防止層２は、膜材料Ｈ１、Ｍ１、Ｈ１の３層構成膜であり、第２の反射防止層４は、膜材料Ｍ１と膜材料Ｈ１の交互層からなる５層構成膜である。硝材Ｓ１、接着剤Ｓ５、膜材料Ｍ１および、膜材料Ｈ１の屈折率は、図５に示す。

さらに、吸収層３は薄膜３１、３２からなり、薄膜３１は吸収材料Ａ４で、薄膜３２を吸収材料Ａ５で構成される。吸収材料Ａ４および、Ａ５の屈折率および消衰係数を図１２に示す。

図１３は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしているため、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例６の光学素子の構成は、実施例１と同様である。実施例６の光学素子は、実施例１から５の光学素子と同様に、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表６に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、透明材料１は、硝材Ｓ２、透明材料５は接着剤Ｓ５を使用する。

また、第１の反射防止層２は薄膜２１からなり、第２の反射防止膜層４は、薄膜４１、４２、４３、４４からなる。さらに、第１の反射防止層２は１層構成、および第２の反射防止層４は膜材料Ｈ２と膜材料Ｍ２の交互層の４層構成である。硝材Ｓ１、接着剤Ｓ５、膜材料Ｍ１および、膜材料Ｈ１の屈折率は、図８に示す。さらに、吸収層３は薄膜３１、３２の２層構成膜からなり、薄膜３１は吸収材料Ａ５で、薄膜３２を吸収材料Ａ６で構成する。吸収材料Ａ５および、Ａ６の屈折率および消衰係数を図１４に示す。

図１５は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしているため、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例７の光学素子の構成は、実施例１と同様である。実施例７の光学素子は、実施例１から６の光学素子と同様に、光学面内において中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１と透明材料５で挟んだ構成である。

表７に本実施例の光学フィルタの膜構成を示す。

本実施例においては、透明材料１は、硝材Ｓ６、透明材料５は接着剤Ｓ７を使用する。

また、第１の反射防止層２は、薄膜２１、２２からなり、第２の反射防止層４は、薄膜４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７からなる。さらに、第１の反射防止層２、および第２の反射防止層４は膜材料Ｍ１と膜材料Ｈ２の交互層で構成される。硝材Ｓ６、接着剤Ｓ７、膜材料Ｍ１および、膜材料Ｈ２の屈折率は、図１６に示す。さらに、吸収層３は薄膜３１、３２からなり、薄膜３１は吸収材料Ａ３で、薄膜３２は吸収材料Ａ４で構成される。

吸収材料Ａ５および、Ａ６の屈折率および消衰係数を図１２に示す。

図１７は本実施例の光学フィルタの分光透過率、分光反射率である。Ｒ_Ｓ５が透明材料Ｓ５側から入射した場合の分光反射率を示し、Ｒ_Ｓ１が透明材料Ｓ１側から入射した場合の分光反射率を示す。本実施例は、条件式（４）を満たしているため、Ｒ_Ｓ５およびＲ_Ｓ１ともに、低い反射率を実現している。

本発明の実施例８の撮影装置４００について説明する。

図１９は本発明の撮像装置４００の光学系断面図である。物体光は光学系を透過して、撮像面ＩＰに結像する。ここで絞り位置ＳＰ、絞り前後の面の少なくとも１つの面に、本発明の実施例１乃至６のグラデーション型ＮＤフィルタが配置されている。

図１９は共軸回転対称光学系であり、このような光学系では図１８（ａ）、（ｂ）に示すような同心円状の透過率分布が好ましい。また、図１に示すようにグラデーション型ＮＤフィルタの中心部に吸収層の膜厚が０の領域を設けると、フィルタによる透過率の減少を抑制することができるため好ましい。また、撮像装置４００が位相差方式の自動焦点合わせ機構を有している場合においても、位相差の検出に使用される光束の透過率が変化しないように、中心領域に吸収層の膜厚が０の領域を設けることが好ましい。

光学面の中心からの距離ｒ１、ｒ２（ｒ１＜ｒ２）における透過率をＴ（ｒ１）、Ｔ（ｒ２）としたとき、Ｔ（ｒ１）≧Ｔ（ｒ２）となるようなグラデーション型ＮＤフィルタを配置すると、アポダイゼーション効果により品位の高いボケ像を得ることができる。さらに絞りの前後に本発明のグラデーション型ＮＤフィルタを配置することにより、軸外光束に対しても有効にアポダイゼーション効果を得ることができ、画面全域に対して品位の高い画像が得られる。また、反対にＴ（ｒ１）≦Ｔ（ｒ２）のような特性を有するグラデーション型ＮＤフィルタを用いると、画像の周辺減光を補正することができる。

このような位置に光学フィルタを入れた場合、通常、反射光が迷光となりゴーストやフレアの原因となる。しかし、本発明のグラデーション型ＮＤフィルタの場合、透過率分布を有しつつ反射率を低く抑制しているため、像側、物体側の双方からの光に対してもゴーストやフレアを抑制した高品位な像が得られる。なお、図１９のレンズ断面図はあくまで一例であり、１つの撮影光学系レンズに限定されることなく様々な光学系に適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

１ 透明材料
２ 第１の反射防止層
３ 吸収層
４ 第２の反射防止層
５ 透明材料
４１、４２、４３、４４ 薄膜
１００ 光学フィルタ

Claims (7)

1. 連続的に透過率が変化する領域を有する光学フィルタであって、
   前記光学フィルタは、
   第１の透明材料と第２の透明材料の間に、前記第１の透明材料から順に第１の反射防止層、吸収層、第２の反射防止層の順に構成され、
   前記第１の透明材料の屈折率をＮｓ、前記第２の透明材料の屈折率をＮｇとしたとき、
   １＜Ｎｇ＜Ｎｓ
   を満たし、
   前記第１の反射防止膜の層数をＬ１、前記第２の反射防止膜の層数をＬ２としたとき、
   Ｌ１≧Ｌ２
   を満たすことを特徴とする光学フィルタ。
2. 請求項１に記載の光学フィルタにおいて、
   前記光学フィルタは、
   Ｎｓ－Ｎｇ ≦ ０．４５
   を満たすことを特徴とする光学フィルタ。
3. 請求項１又は２に記載の光学フィルタにおいて、
   前記第１の反射防止層と前記第２の反射防止層は、２層以上で構成されていることを特徴とする光学フィルタ。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の光学フィルタにおいて、
   前記吸収層は１層以上で構成されていることを特徴とする光学フィルタ。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の光学フィルタにおいて、
   前記吸収層は同心円状の膜厚分布を有することを特徴とする光学フィルタ。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の光学フィルタにおいて、
   前記吸収層は中心から周辺に向かって厚みが増加することを特徴とする光学フィルタ。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の光学フィルタにおいて、
   前記吸収層は中心部に膜厚が０ｎｍの領域を有することを特徴とする光学フィルタ。